实现高效设备清洗

设备设计及清洁流程对实现彻底的消毒和清洗具有重要作用。

我们通常采用消毒或灭菌手段来杀灭系统中的细菌。此外还需要对设备进行清洗，以除去上一批产品的残留物，并随后通过冲洗除去清洗液。为了确保高效和安全的消毒

及清洗，仅制定适当的规程还不够。通过选择适宜的制造设备，可以进一步提升成本效率及患者安全水平。

设备选择注意事项

所选设备必须能最大限度减小由于与产品不当接触而导致污染的风险。机器不应在环境中引入颗粒和灰尘，它们工作所需的润滑油或其他物质也不应造成产品污染风险。当操作人员无法充分接触机器的所有表面时，他们将根本无法清洗它们。为了实现高效清洗，在设计设备时必须要考虑到这一原则。

“时间、作用力、化学品和温度 (TACT)”环最初是由 Sinner 在 1960 年开提出的，它表明了这些参数对设备表面清洗效果的影响（参见图 1）。此环显示了时间外加其他参数（至少一个）对表面残留物清洗的影响程度。当增强某个参数时，其他参数将可以减弱。

例如，将沾满油污的手放进水中，手不会变干净。如果将手放入皂液中，手会变干净，但这必须要经过很长一段时间。如果将皂液的温度升高，手可以较快地变干净。如果此外还双手相互揉搓，那么它们可以更快地洗干净。清洗流程的规模或所需实现的影响程度，将取决于残留物和产品接触面。我们需要根据残留物来确定最适宜的化学品类型和温度。当表面作用力较强时，化学品和温度可以更有效地发挥作用，因此可以减弱这两个参数，并缩短清洗时间。

由于表面作用力强度通常取决于设备的设计，因此，通过选择合适的设备，将可以降低系统清洗成本，并提高系统的可清洗性。

对设备表面的清洗作用，是通过在所有产品接触表面上产生高流速或高流量的清洗液来实现的。与低流速方法相比，这种高流速方法可以更好地分配化学品和温度。增加流速还可以在表面产生高度湍流和剪切力，从而确保化学品和温度能深入作用于残留物，并安全高效地将它们溶解或分离。

测试 TACT 参数

为了测试TACT 的影响, 笔者设计了一个水箱清洗试验, 其中采用了两种具有不同作用效果的水箱清洗装置。一个是静态喷头，可产生 2-5 Pa 的壁面剪应力（即，降膜应力，这取决于液体温度）。一个是旋转喷头，可产生 40-1000 Pa 的壁面剪应力（即，射流冲击，这取决于射流交叉模式）。

为了充分清洁水箱，两个静态喷头在 20 m3/h 的流量和 2.5 bar 的系统压力下工作了 48 分钟。而一个旋转喷头在 6 m3/h 的流量和 5.0 bar 的系统压力下工作 14 分钟，便获得了更好的结果（参见图 2 和图 3 以及表 I）。

试验表明，TACT 环理论在实践中得到了很好的验证。在清除某个表面上的某种残留物时，可以通过调整 TACT 环中的参数来优化成本（参见图 3）。通过提升表面作用力，可以缩短时间、减少化学品用量并且降低加热能耗，同时仍能获得同等甚至更好的结果。当剪切力较高时，仅凭这一条件就可以去除大多数表面上的残留物，而不必使用化学品或高温。借此可以减小化学清洁品造成污染的风险，并显著降低清洗成本。

设备设计弊端

通过在所有产品接触面上都产生强烈的清洗作用力，可以最大限度减小系统被污染和发生故障的风险，同时还可以实现经济高效的清洗。但某些常见设计弊端会削弱设备的可清洗能力。死管段、囊状结构和罅缝、气穴和不当的设备表面，是在制药行业中通常可以看到的设计弊端。

死管段。在系统中应避免或应尽量减少死管段，已成为一个广泛共识（参见图 4）。

一些指导资料说，死管段的长径比 (L/D) 不应超过 2，并且在某些情况下不应超过 3。但主管道流速和 L/D 之间的关系却往往被忽视。当主管道流速较高时，湍流会更深入地进入死管段，如果湍流或表面作用力足够强，它们将可以去除死管段底部的残留物。

Haga 等人在 1997 年的一篇文章中介绍了在不同 L/D 的主管道中采用不同流速所获得的试验结果 (1)。他们发现，当 L/D 为 6 时，如果主管道流速高于 1.5 m/s，则可以充分清除残留物。他们还发现，当 L/D 为 3 时，如果主管道流速低于 0.7 m/s，则无法清除残留物（参见图 5）。

囊状结构和罅缝。囊状结构和罅缝的深度无经验可循。图 6 显示了制药系统中的一种常见罅缝。许多指导资料都指出应避免或尽量排除罅缝，考虑到罅缝可以比作 L/D 为 50 到 100 的死管段（正常管段的 L/D 为 2 到 3），这种说法似乎缺乏说服力。根据 Haga 等人的观点，要获得清洗罅隙底部所需的流速是不可能的。因此，在制药系统中不应存在囊状结构和罅缝，否则它们会始终造成重大的污染风险。

气穴。气穴就好比是倒置的死管段或罅隙（参见图 7）。虽然气穴中不会积聚残留物，但它们会粘附在气穴表面。气穴中的空气在清洗流程中难以排出，这意味着清洗液将无法接触气穴顶部，从而也就无法进行清洗。因此必须要排除气穴，否则，它们将导致高度的污染风险。

表面粗糙度。表面粗糙度通常被认为是一项卫生设计指标。人们通常认为，表面越光滑，设备也越卫生，并且也越易于清洗。但事实上，这种观点是值得商榷的。2003 年，Hilbert 等人测试了若干表面上的细菌附着性以及这些表面的可清洗性 (2)。这些从 0.1 μm 电抛光到 0.8 μm 机械抛光的表面在附着性或可清洗性方面并没有表现出差异。主要原因是，表面缺陷的尺寸很小，与表面缺陷相比，单个细菌拥有相对较大的尺寸。只要表面粗糙度低于 Ra 0.8-1.0 μm，细菌就难以被困在表面缺陷之间，因为它们的尺寸太大。然而在另一项研究中， Riedewald 表明，当细菌积聚在生物膜中时，附着性和可清洗性将取决于表面粗糙度 (3)。生物膜难以附着在光滑的表面，因此，它们很容易与这样的表面分离。

对其他粘性残留物来说，情况也是如此。丹麦科灵的科技研究所在一项研究中测试了表面的可清洗性，他们采用的是沾挂有酸奶液并用炉子烘干的表面 (4)。这项研究清楚表明，与 Ra 值较高的表面相比，Ra 值较低的表面更易于清洗。所测试表面的粗糙度介于 Ra 0.15 到 2.4 μm 之间。此外，电解抛光的表面比机械抛光的表面更容易清洗，而后者又比酸洗表面更容易清洗。通过周密设计，设备可以避免上述弊端，从而实现安全和经济高效的清洗。通过增强在所有产品接触面上产生的清洗作用力，将可以更方便、更安全和更快捷地进行系统清洗。

参考文献
1. R. Haga 等人，Pharm. Eng. 17 (5)，8–21 (1997)。
2. L.R. Hilbert 等人，Int. Biodeterior. Biodegradation 52 (3)，175–185 (2003)。
3. F. Riedewald，PDA J. Pharm. Sci. Technol. 60 (3)，164–171 (2006)。
4. D. Bagge-Rawn，Microbial Adhesion and Biofilm Formation in the Food Processing Industry (Technical University of Denmark, Kolding, Denmark, 2007)。

标题:

表 I：两种清洗作业的参数 © AlfaLaval

图 1. “时间、作用力、化学品和温度”环 © AlfaLaval

图 2：分别用 (a) 两个静态喷头和 (b) 一个旋转喷头来清洗水箱 © AlfaLaval

图 3. 采用 (a) 两个静态喷头和 (b) 一个旋转喷头时的 TACT 环。 © AlfaLaval

图 4. 死管段。 © AlfaLaval

图 5：流速和长径比。 © AlfaLaval

图 6：在两个金属部件和 O 形密封件之间可能会形成难以清洗的气穴。 © AlfaLaval

图 7：典型的气穴 © AlfaLaval

关于阿法拉伐

阿法拉伐是全球领先的专业化产品和工程解决方案供应商，这些产品和解决方案以其关键的热交换、分离和流体处理技术为依托。公司致力于开发设备、系统和服务，不断优化客户的运作和生产，达到最佳的表现。这些解决方案可帮助食品和饮料、化学品和石化、药品、淀粉、糖及乙醇等行业的客户对其产品进行加热、冷却、分离及输送。阿法拉伐的产品还被广泛应用于发电厂、船舶、机械工程业、采矿业、污水处理以及暖通空调和制冷应用。

阿法拉伐遍布全球近 100 个国家/地区的机构网络更保证我们贴近客户，帮助客户始终居于全球领先地位。阿法拉伐在北欧证券交易所上市交易（Nordic Large Cap）。2011年，阿法拉伐公布的年销售额约为 286 亿瑞典克朗（约合 32 亿欧元），旗下员工达 16000 人。

更多信息请联系：
Per-Åke Ohlsson
Alfa Laval Lund AB, Box 74,
Rudeboksvägen 1, SE-22100
Lund, Sweden
电话： 46 4636 74 18
电子邮件： perake.ohlsson@alfalaval.com